rumah » Potongan rambut » Energi reaksi kimia. Energi di industri kimia

Energi reaksi kimia. Energi di industri kimia

Seluruh sejarah perkembangan peradaban adalah pencarian sumber energi. Hal ini masih sangat relevan hingga saat ini. Bagaimanapun, energi adalah peluang untuk pengembangan industri lebih lanjut, memperoleh hasil panen yang berkelanjutan, memperbaiki kota, dan membantu alam menyembuhkan luka yang ditimbulkan oleh peradaban. Oleh karena itu, penyelesaian masalah energi memerlukan upaya global. Kimia memberikan kontribusi yang besar sebagai penghubung antara ilmu pengetahuan alam modern dan teknologi modern.

Pasokan energi adalah kondisi terpenting bagi pembangunan sosial-ekonomi suatu negara, industri, transportasi, pertanian, budaya, dan kehidupan sehari-hari.

Namun dalam dekade berikutnya, para pekerja di bidang energi belum akan mengabaikan kayu, batu bara, minyak, atau gas. Dan pada saat yang sama, mereka harus secara intensif mengembangkan cara-cara baru dalam menghasilkan energi.

Industri kimia dicirikan oleh kedekatannya dengan seluruh sektor perekonomian nasional karena beragamnya produk yang dihasilkannya. Area produksi ini ditandai dengan intensitas material yang tinggi. Biaya bahan dan energi dalam produksi dapat berkisar antara 2/3 hingga 4/5 dari biaya produk akhir.

Perkembangan teknologi kimia mengikuti jalur pemanfaatan bahan baku dan energi secara terpadu, penggunaan proses yang berkesinambungan dan bebas limbah, dengan memperhatikan keamanan lingkungan, penggunaan tekanan dan suhu tinggi, serta kemajuan otomasi dan sibernetisasi.

Industri kimia mengkonsumsi banyak energi. Energi dihabiskan untuk proses endotermik, pengangkutan material, penghancuran dan penggilingan padatan, penyaringan, kompresi gas, dll. Pengeluaran energi yang signifikan diperlukan dalam produksi kalsium karbida, fosfor, amonia, polietilen, isoprena, stirena, dll. Produksi bahan kimia, bersama-sama dengan produksi petrokimia, merupakan bidang industri yang padat energi. Menghasilkan hampir 7% produk industri, mereka mengonsumsi antara 13-20% energi yang digunakan oleh seluruh industri.

Sumber energi paling sering merupakan sumber daya alam tradisional yang tidak terbarukan - batu bara, minyak, gas alam, gambut, serpih. Akhir-akhir ini persediaan tersebut berkurang dengan sangat cepat. Cadangan minyak dan gas alam berkurang dengan kecepatan yang sangat cepat, namun jumlahnya terbatas dan tidak dapat diperbaiki. Tidak mengherankan jika hal ini menimbulkan masalah energi.

Selama 80 tahun, beberapa sumber energi utama digantikan oleh sumber lain: kayu digantikan oleh batu bara, batu bara oleh minyak, minyak oleh gas, bahan bakar hidrokarbon oleh bahan bakar nuklir. Pada awal tahun 80an, sekitar 70% kebutuhan energi dunia dipenuhi oleh minyak dan gas alam, 25% oleh batubara dan batubara coklat, dan hanya sekitar 5% dari sumber energi lainnya.

Di berbagai negara, masalah energi diselesaikan secara berbeda, namun kimia memberikan kontribusi yang signifikan terhadap solusinya di mana pun. Oleh karena itu, para ahli kimia percaya bahwa di masa depan (sekitar 25-30 tahun lagi) minyak akan mempertahankan posisi terdepannya. Namun kontribusinya terhadap sumber daya energi akan menurun secara signifikan dan akan diimbangi dengan peningkatan penggunaan batubara, gas, energi hidrogen dari bahan bakar nuklir, energi matahari, energi dari dalam bumi dan jenis energi terbarukan lainnya, termasuk bioenergi.

Saat ini, para ahli kimia prihatin dengan penggunaan sumber daya bahan bakar secara teknologi dan energi secara maksimal dan komprehensif - mengurangi kehilangan panas ke lingkungan, mendaur ulang panas, memaksimalkan penggunaan sumber daya bahan bakar lokal, dll.

Karena di antara jenis bahan bakar yang paling langka adalah bahan bakar cair, banyak negara telah mengalokasikan dana yang besar untuk menciptakan teknologi yang hemat biaya untuk mengolah batubara menjadi bahan bakar cair (maupun gas). Para ilmuwan dari Rusia dan Jerman berkolaborasi dalam bidang ini. Inti dari proses modern pengolahan batubara menjadi gas sintesis adalah sebagai berikut. Campuran uap air dan oksigen disuplai ke generator plasma, yang dipanaskan hingga 3000°C. Kemudian debu batubara masuk ke dalam obor gas panas, dan sebagai hasil reaksi kimia terbentuk campuran karbon monoksida (II) dan hidrogen, yaitu. gas sintesis. Metanol diperoleh darinya: CO+2H2CH3OH. Metanol dapat menggantikan bensin pada mesin pembakaran dalam. Dalam hal mengatasi masalah lingkungan, bahan ini lebih baik dibandingkan dengan minyak, gas, dan batu bara, namun sayangnya, panas pembakarannya 2 kali lebih rendah dibandingkan bensin, dan selain itu, bahan ini agresif terhadap beberapa logam dan plastik.

Metode kimia telah dikembangkan untuk menghilangkan minyak pengikat (mengandung hidrokarbon dengan berat molekul tinggi), yang sebagian besar masih berada di lubang bawah tanah. Untuk meningkatkan hasil minyak, surfaktan ditambahkan ke air yang disuntikkan ke dalam formasi; molekulnya ditempatkan pada antarmuka minyak-air, yang meningkatkan mobilitas minyak.

Pengisian kembali sumber daya bahan bakar di masa depan dipadukan dengan pengolahan batu bara yang berkelanjutan. Misalnya, batu bara yang dihancurkan dicampur dengan minyak, dan pasta yang diekstraksi terkena hidrogen di bawah tekanan. Ini menghasilkan campuran hidrokarbon. Untuk memproduksi 1 ton bensin buatan, dibutuhkan sekitar 1 ton batu bara dan 1.500 m3 hidrogen. Sejauh ini, bensin buatan lebih mahal daripada bensin yang dihasilkan dari minyak, namun kemungkinan mendasar untuk mengekstraksinya sangatlah penting.

Energi hidrogen, yang didasarkan pada pembakaran hidrogen dan tidak menghasilkan emisi berbahaya, tampaknya sangat menjanjikan. Namun, untuk pengembangannya, sejumlah masalah perlu diselesaikan terkait dengan pengurangan biaya hidrogen, penciptaan sarana penyimpanan dan pengangkutan yang andal, dll. Jika masalah ini dapat dipecahkan, hidrogen akan digunakan secara luas dalam penerbangan, perairan, dan darat. transportasi, produksi industri dan pertanian.

Energi nuklir mengandung kemungkinan yang tidak ada habisnya; pengembangannya untuk produksi listrik dan panas memungkinkan pelepasan bahan bakar fosil dalam jumlah besar. Di sini, ahli kimia dihadapkan pada tugas menciptakan sistem teknologi yang kompleks untuk menutupi biaya energi yang timbul selama reaksi endotermik menggunakan energi nuklir. Sekarang energi nuklir berkembang seiring dengan diperkenalkannya reaktor neutron cepat secara luas. Reaktor tersebut menggunakan uranium yang diperkaya dengan isotop 235U (setidaknya 20%), dan tidak memerlukan moderator neutron.

Saat ini, energi nuklir dan pembangunan reaktor merupakan industri yang kuat dengan investasi modal yang besar. Bagi banyak negara ini merupakan barang ekspor yang penting. Reaktor dan peralatan bantu memerlukan material khusus, termasuk frekuensi tinggi. Tugas ahli kimia, ahli metalurgi, dan spesialis lainnya adalah menciptakan bahan tersebut. Ahli kimia dan perwakilan dari profesi terkait lainnya juga mengerjakan pengayaan uranium.

Saat ini, energi nuklir dihadapkan pada tugas untuk menggantikan bahan bakar fosil tidak hanya dari bidang produksi listrik, tetapi juga dari bidang pasokan panas dan, sampai batas tertentu, dari industri metalurgi dan kimia dengan menciptakan reaktor yang memiliki signifikansi teknologi energi.

Pembangkit listrik tenaga nuklir akan menemukan aplikasi lain di masa depan - untuk produksi hidrogen. Sebagian hidrogen yang dihasilkan akan dikonsumsi oleh industri kimia, sebagian lagi akan digunakan untuk menggerakkan unit turbin gas yang dinyalakan pada beban puncak.

Untuk pembuatan sel surya, bahan semikonduktor utamanya adalah silikon dan senyawa silikon. Ahli kimia sekarang sedang mengembangkan bahan baru yang mengubah energi. Ini bisa berupa sistem garam yang berbeda sebagai perangkat penyimpanan energi. Keberhasilan lebih lanjut dari energi surya bergantung pada bahan yang ditawarkan ahli kimia untuk konversi energi.

Pada milenium baru, peningkatan produksi listrik akan terjadi karena pengembangan energi surya, serta fermentasi metana dari limbah rumah tangga dan sumber produksi energi non-tradisional lainnya.

Selain pembangkit listrik raksasa, terdapat juga sumber arus kimia otonom yang mengubah energi reaksi kimia langsung menjadi energi listrik. Kimia memainkan peran utama dalam menyelesaikan masalah ini. Pada tahun 1780, dokter Italia L. Galvani, mengamati kontraksi kaki katak yang terpotong setelah menyentuhnya dengan kabel dari logam yang berbeda, memutuskan bahwa ada listrik di otot, dan menyebutnya “listrik hewan”. A. Volta, melanjutkan pengalaman rekan senegaranya, mengemukakan bahwa sumber listrik bukanlah tubuh hewan: arus listrik timbul dari kontak kabel logam yang berbeda. “Nenek moyang” sel galvanik modern dapat dianggap sebagai “tiang listrik” yang dibuat oleh A. Volta pada tahun 1800. Penemuan ini terlihat seperti kue lapis yang terbuat dari beberapa pasang pelat logam: satu pelat terbuat dari seng, pelat kedua terbuat dari seng. dari tembaga, ditumpuk di atas satu sama lain, dan di antaranya ditempatkan dengan bantalan kain kempa yang direndam dalam asam sulfat encer. Sebelum penemuannya di Jerman oleh W. Siemens pada tahun 1867. Dinamo galvanik adalah satu-satunya sumber arus listrik. Saat ini, ketika penerbangan, armada kapal selam, peroketan, dan elektronik membutuhkan sumber energi otonom, perhatian para ilmuwan kembali tertuju pada sumber energi tersebut.

Karangan

Peran kimia dalam memecahkan masalah energi

Perkenalan

1. Asal usul kimia modern dan permasalahannya di abad ke-21

energi masyarakat kimia

Akhir Abad Pertengahan ditandai dengan kemunduran bertahap dari ilmu gaib, penurunan minat terhadap alkimia dan penyebaran pandangan mekanistik tentang struktur alam.

Iatrokimia.

Paracelsus memiliki pandangan yang sangat berbeda tentang tujuan alkimia. Dokter Swiss Philip von Hohenheim mencatat sejarah dengan nama yang dipilihnya. Paracelsus, seperti Avicenna, percaya bahwa tugas utama alkimia bukanlah mencari cara memperoleh emas, tetapi memproduksi obat-obatan. Dia meminjam dari tradisi alkimia doktrin bahwa ada tiga bagian utama materi - merkuri, belerang, garam, yang sesuai dengan sifat volatilitas, mudah terbakar, dan kekerasan. Ketiga unsur inilah yang menjadi dasar makrokosmos dan berhubungan dengan mikrokosmos yang dibentuk oleh ruh, jiwa, dan raga. Beralih ke penentuan penyebab penyakit, Paracelsus berpendapat bahwa demam dan wabah terjadi karena kelebihan belerang dalam tubuh, dengan kelebihan merkuri terjadi kelumpuhan, dll. Prinsip yang dianut oleh semua ahli iatrokimia adalah bahwa kedokteran adalah masalah kimia, dan semuanya bergantung pada kemampuan dokter untuk mengisolasi prinsip murni dari zat tidak murni. Dalam skema ini, semua fungsi tubuh direduksi menjadi proses kimia, dan tugas sang alkemis adalah menemukan dan menyiapkan zat kimia untuk keperluan medis.

Perwakilan utama dari arahan iatrokimia adalah Jan Helmont, yang berprofesi sebagai dokter; Francis Sylvius, yang menikmati ketenaran besar sebagai seorang dokter dan menghilangkan prinsip-prinsip “spiritual” dari pengajaran iatrokimia; Andreas Libavi, dokter dari Rothenburg.

Penelitian mereka memberikan kontribusi besar terhadap terbentuknya kimia sebagai ilmu yang mandiri.

Filsafat mekanistik.

Dengan berkurangnya pengaruh iatrokimia, para filosof alam kembali beralih ke ajaran nenek moyang tentang alam. Kedepan pada abad ke-17. pandangan atomistik muncul. Salah satu ilmuwan paling terkemuka - penulis teori sel hidup - adalah filsuf dan matematikawan Rene Descartes. Dia menguraikan pandangannya pada tahun 1637 dalam esai Discourse on Method. Descartes percaya bahwa semua benda “terdiri dari banyak partikel kecil dengan berbagai bentuk dan ukuran, yang tidak terlalu cocok satu sama lain sehingga tidak ada celah di sekitarnya; celah-celah ini tidak kosong, tetapi diisi dengan... materi yang dijernihkan.” Descartes tidak menganggap “partikel kecilnya” sebagai atom, yaitu tidak dapat dibagi; dia berdiri pada sudut pandang materi yang dapat dibagi tanpa batas dan menyangkal keberadaan kekosongan.

Salah satu penentang Descartes yang paling menonjol adalah fisikawan dan filsuf Perancis Pierre Gassendi.

Atomisme Gassendi pada dasarnya adalah penceritaan kembali ajaran Epicurus, namun, tidak seperti Epicurus, Gassendi mengakui penciptaan atom oleh Tuhan; dia percaya bahwa Tuhan menciptakan sejumlah atom yang tidak dapat dibagi dan tidak dapat ditembus, yang menyusun semua benda; Harus ada kekosongan mutlak di antara atom-atomnya.

Dalam perkembangan ilmu kimia pada abad ke-17. peran khusus dimiliki oleh ilmuwan Irlandia Robert Boyle. Boyle tidak menerima pernyataan para filsuf kuno yang percaya bahwa unsur-unsur alam semesta dapat ditentukan secara spekulatif; hal ini tercermin dalam judul bukunya, The Skeptical Chemist. Menjadi pendukung pendekatan eksperimental untuk menentukan unsur kimia, dia tidak mengetahui keberadaan unsur nyata, meskipun dia sendiri hampir menemukan salah satunya - fosfor. Boyle biasanya diberi penghargaan karena memperkenalkan istilah "analisis" ke dalam kimia. Dalam eksperimennya mengenai analisis kualitatif, ia menggunakan berbagai indikator dan memperkenalkan konsep afinitas kimia. Berdasarkan karya Galileo Galilei Evangelista Torricelli, serta Otto Guericke, yang mendemonstrasikan “belahan Magdeburg” pada tahun 1654, Boyle mendeskripsikan pompa udara yang ia rancang dan melakukan eksperimen untuk menentukan elastisitas udara menggunakan tabung berbentuk U. Sebagai hasil dari eksperimen ini, hukum terkenal tentang proporsionalitas terbalik antara volume dan tekanan udara dirumuskan. Pada tahun 1668, Boyle menjadi anggota aktif Royal Society of London yang baru diorganisir, dan pada tahun 1680 ia terpilih sebagai presidennya.

Biokimia. Disiplin ilmu yang mempelajari sifat kimia zat biologis ini pertama kali merupakan salah satu cabang kimia organik. Ini menjadi wilayah merdeka pada dekade terakhir abad ke-19. sebagai hasil studi tentang sifat kimia zat yang berasal dari tumbuhan dan hewan. Salah satu ahli biokimia pertama adalah ilmuwan Jerman Emil Fischer. Dia mensintesis zat seperti kafein, fenobarbital, glukosa, dan banyak hidrokarbon, dan memberikan kontribusi besar bagi ilmu enzim - katalis protein, pertama kali diisolasi pada tahun 1878. Pembentukan biokimia sebagai ilmu difasilitasi oleh penciptaan metode analisis baru. .

Pada tahun 1923, ahli kimia Swedia Theodor Svedberg merancang ultrasentrifugasi dan mengembangkan metode sedimentasi untuk menentukan berat molekul makromolekul, terutama protein. Asisten Svedberg, Arne Tiselius, pada tahun yang sama menciptakan metode elektroforesis - metode yang lebih canggih untuk memisahkan molekul raksasa, berdasarkan perbedaan kecepatan migrasi molekul bermuatan dalam medan listrik. Pada awal abad ke-20. Ahli kimia Rusia Mikhail Semenovich Tsvet menjelaskan metode pemisahan pigmen tumbuhan dengan melewatkan campurannya melalui tabung berisi adsorben. Metode itu disebut kromatografi.

Pada tahun 1944, ahli kimia Inggris Archer Martini Richard Singh mengusulkan versi baru dari metode ini: mereka mengganti tabung dengan adsorben dengan kertas saring. Ini adalah bagaimana kromatografi kertas muncul - salah satu metode analisis paling umum dalam kimia, biologi dan kedokteran, dengan bantuan yang pada akhir 1940-an - awal 1950-an dimungkinkan untuk menganalisis campuran asam amino yang dihasilkan dari pemecahan berbagai protein dan menentukan komposisi protein. Sebagai hasil penelitian yang melelahkan, urutan asam amino dalam molekul insulin ditetapkan, dan pada tahun 1964 protein ini disintesis. Saat ini, banyak hormon, obat-obatan, dan vitamin diperoleh dengan menggunakan metode sintesis biokimia.

Kimia kuantum. Untuk menjelaskan kestabilan atom, Niels Bohr menggabungkan konsep klasik dan kuantum tentang gerak elektron dalam modelnya. Namun, kepalsuan hubungan semacam itu sudah terlihat jelas sejak awal. Perkembangan teori kuantum menyebabkan perubahan gagasan klasik tentang struktur materi, gerak, kausalitas, ruang, waktu, dll, yang berkontribusi pada transformasi radikal gambaran dunia.

Pada akhir tahun 20-an dan awal tahun 30-an abad ke-20, gagasan-gagasan baru yang mendasar tentang struktur atom dan sifat ikatan kimia dibentuk berdasarkan teori kuantum.

Setelah Albert Einstein menciptakan teori foton cahaya (1905) dan penurunan hukum statistik transisi elektronik dalam atom (1917), masalah gelombang-partikel menjadi lebih akut dalam fisika.

Jika pada abad 18-19 terdapat perbedaan antara berbagai ilmuwan yang menggunakan teori gelombang atau sel untuk menjelaskan fenomena yang sama dalam optik, kini kontradiksi tersebut menjadi mendasar: beberapa fenomena ditafsirkan dari posisi gelombang, dan lainnya dari posisi sel. satu. Solusi terhadap kontradiksi ini diusulkan pada tahun 1924 oleh fisikawan Perancis Louis Victor Pierre Raymond de Broglie, yang menghubungkan sifat gelombang dengan partikel.

Berdasarkan gagasan de Broglie tentang gelombang materi, fisikawan Jerman Erwin Schrödinger pada tahun 1926 menurunkan persamaan dasar yang disebut. mekanika gelombang, berisi fungsi gelombang dan memungkinkan seseorang untuk menentukan kemungkinan keadaan sistem kuantum dan perubahannya terhadap waktu. Schrödinger memberikan aturan umum untuk mengubah persamaan klasik menjadi persamaan gelombang. Dalam kerangka mekanika gelombang, atom dapat direpresentasikan sebagai inti yang dikelilingi oleh materi gelombang stasioner. Fungsi gelombang menentukan kepadatan probabilitas menemukan elektron pada suatu titik tertentu.

Pada tahun 1926 yang sama, fisikawan Jerman lainnya Werner Heisenberg mengembangkan teori kuantum atom versinya sendiri dalam bentuk mekanika matriks, dimulai dari prinsip korespondensi yang dirumuskan oleh Bohr.

Menurut prinsip korespondensi, hukum fisika kuantum harus berubah menjadi hukum klasik ketika keleluasaan kuantum cenderung nol seiring dengan bertambahnya bilangan kuantum. Secara lebih umum, prinsip korespondensi dapat dirumuskan sebagai berikut: teori baru yang mengklaim penerapannya lebih luas daripada teori lama harus memasukkan teori lama sebagai kasus khusus. Mekanika kuantum Heisenberg memungkinkan untuk menjelaskan keberadaan keadaan energi terkuantisasi stasioner dan menghitung tingkat energi berbagai sistem.

Friedrich Hund, Robert Sanderson Mulliken dan John Edward Lennard-Jones pada tahun 1929 menciptakan dasar-dasar metode orbital molekul. Dasar dari MMO adalah gagasan tentang hilangnya individualitas atom-atom yang digabungkan menjadi sebuah molekul. Oleh karena itu, molekul tidak terdiri dari atom, tetapi merupakan suatu sistem baru yang dibentuk oleh beberapa inti atom dan elektron yang bergerak dalam medannya. Hund juga menciptakan klasifikasi modern tentang ikatan kimia; pada tahun 1931 ia sampai pada kesimpulan bahwa ada dua jenis utama ikatan kimia - sederhana, atau ?-komunikasi, dan ?-komunikasi. Erich Hückel memperluas metode MO pada senyawa organik, dengan merumuskan aturan stabilitas aromatik (4n+2) pada tahun 1931, yang menentukan apakah suatu zat termasuk dalam deret aromatik.

Jadi, dalam kimia kuantum, ada dua pendekatan berbeda untuk memahami ikatan kimia: metode orbital molekul dan metode ikatan valensi.

Berkat mekanika kuantum, pada tahun 30-an abad ke-20, metode pembentukan ikatan antar atom telah banyak dijelaskan. Selain itu, dalam kerangka pendekatan mekanika kuantum, doktrin periodisitas Mendeleev mendapat interpretasi fisik yang benar.

Mungkin tahapan terpenting dalam perkembangan kimia modern adalah berdirinya berbagai pusat penelitian yang selain penelitian fundamental juga melakukan penelitian terapan.

Pada awal abad ke-20. sejumlah perusahaan industri mendirikan laboratorium penelitian industri pertama. Laboratorium kimia DuPont dan laboratorium Bell didirikan di AS. Setelah penemuan dan sintesis penisilin pada tahun 1940-an, dan kemudian antibiotik lainnya, muncullah perusahaan farmasi besar, yang dikelola oleh ahli kimia profesional. Pekerjaan di bidang kimia senyawa makromolekul sangat penting secara praktis.

Salah satu pendirinya adalah ahli kimia Jerman Hermann Staudinger, yang mengembangkan teori struktur polimer. Pencarian intensif untuk metode produksi polimer linier menyebabkan pada tahun 1953 sintesis polietilen, dan kemudian polimer lain dengan sifat yang diinginkan. Saat ini, produksi polimer merupakan cabang terbesar dalam industri kimia.

Tidak semua kemajuan di bidang kimia bermanfaat bagi manusia. Dalam produksi cat, sabun, dan tekstil, digunakan asam klorida dan belerang, yang menimbulkan bahaya besar bagi lingkungan. Di abad ke-21 Produksi banyak bahan organik dan anorganik akan meningkat karena daur ulang bahan-bahan bekas, serta melalui pengolahan limbah kimia yang menimbulkan risiko bagi kesehatan manusia dan lingkungan.

2. Peranan kimia dalam memecahkan masalah energi

Pasokan energi adalah kondisi terpenting bagi pembangunan sosial-ekonomi suatu negara, industri, transportasi, pertanian, budaya, dan kehidupan sehari-hari.

Industri kimia mengkonsumsi banyak energi. Energi dihabiskan untuk proses endotermik, pengangkutan material, penghancuran dan penggilingan padatan, penyaringan, kompresi gas, dll. Produksi kalsium karbida, fosfor, amonia, polietilen, isoprena, stirena, dll. memerlukan pengeluaran energi yang signifikan. Produksi bahan kimia, bersama dengan produksi petrokimia, adalah bidang industri yang padat energi. Menghasilkan hampir 7% produk industri, mereka mengonsumsi antara 13-20% energi yang digunakan oleh seluruh industri.

Karena di antara jenis bahan bakar yang paling langka adalah bahan bakar cair, banyak negara telah mengalokasikan dana yang besar untuk menciptakan teknologi yang hemat biaya untuk mengolah batubara menjadi bahan bakar cair (maupun gas). Para ilmuwan dari Rusia dan Jerman berkolaborasi dalam bidang ini. Inti dari proses modern pengolahan batubara menjadi gas sintesis adalah sebagai berikut. Campuran uap air dan oksigen disuplai ke generator plasma, yang dipanaskan hingga 3000°C. Kemudian debu batubara masuk ke dalam obor gas panas, dan sebagai hasil reaksi kimia terbentuk campuran karbon monoksida (II) dan hidrogen, yaitu. gas sintesis. Metanol diperoleh darinya: CO+2H2?СH3OH. Metanol dapat menggantikan bensin pada mesin pembakaran dalam. Dalam hal mengatasi masalah lingkungan, bahan ini lebih baik dibandingkan dengan minyak, gas, dan batu bara, namun sayangnya, panas pembakarannya 2 kali lebih rendah dibandingkan bensin, dan selain itu, bahan ini agresif terhadap beberapa logam dan plastik.

Energi hidrogen, yang didasarkan pada pembakaran hidrogen dan tidak menghasilkan emisi berbahaya, tampaknya sangat menjanjikan. Namun, untuk pengembangannya, sejumlah masalah perlu diselesaikan terkait dengan pengurangan biaya hidrogen, penciptaan sarana penyimpanan dan pengangkutan yang andal, dll. Jika masalah ini dapat diatasi, hidrogen akan digunakan secara luas dalam penerbangan, transportasi air dan darat, produksi industri dan pertanian.

Harapan besar ditempatkan pada pemanfaatan radiasi matahari (solar energy). Di Krimea, terdapat panel surya yang sel fotovoltaiknya mengubah sinar matahari menjadi listrik. Unit panas matahari, yang mengubah energi matahari menjadi panas, banyak digunakan untuk desalinasi air dan pemanas rumah. Panel surya telah lama digunakan dalam struktur navigasi dan pesawat ruang angkasa. DI DALAM
Berbeda dengan energi nuklir, biaya energi yang dihasilkan dengan menggunakan panel surya terus menurun. Untuk pembuatan sel surya, bahan semikonduktor utamanya adalah silikon dan senyawa silikon. Ahli kimia sekarang sedang mengembangkan bahan baru yang mengubah energi. Ini bisa berupa sistem garam yang berbeda sebagai perangkat penyimpanan energi. Keberhasilan lebih lanjut dari energi surya bergantung pada bahan yang ditawarkan ahli kimia untuk konversi energi.

Pada milenium baru, peningkatan produksi listrik akan terjadi karena pengembangan energi surya, serta fermentasi metana dari limbah rumah tangga dan sumber produksi energi non-tradisional lainnya.

Selain pembangkit listrik raksasa, terdapat juga sumber arus kimia otonom yang mengubah energi reaksi kimia langsung menjadi energi listrik. Kimia memainkan peran utama dalam menyelesaikan masalah ini. Pada tahun 1780, dokter Italia L. Galvani, mengamati kontraksi kaki katak yang terpotong setelah menyentuhnya dengan kabel dari logam yang berbeda, memutuskan bahwa ada listrik di otot, dan menyebutnya “listrik hewan”. A. Volta, melanjutkan pengalaman rekan senegaranya, mengemukakan bahwa sumber listrik bukanlah tubuh hewan: arus listrik timbul dari kontak kabel logam yang berbeda. “Nenek moyang” sel galvanik modern dapat dianggap sebagai “tiang listrik” yang dibuat oleh A. Volta pada tahun 1800. Penemuan ini terlihat seperti kue lapis yang terbuat dari beberapa pasang pelat logam: satu pelat terbuat dari seng, pelat kedua terbuat dari seng. dari tembaga, ditumpuk di atas satu sama lain, dan di antaranya ditempatkan dengan bantalan kain kempa yang direndam dalam asam sulfat encer. Sebelum penemuan dinamo di Jerman oleh W. Siemens pada tahun 1867, sel galvanik merupakan satu-satunya sumber arus listrik. Saat ini, ketika penerbangan, armada kapal selam, peroketan, dan elektronik membutuhkan sumber energi otonom, perhatian para ilmuwan kembali tertuju pada sumber energi tersebut.

Kesimpulan

Penggunaan energi nuklir memungkinkan untuk meninggalkan batu bara dan minyak bumi. Hasilnya, emisi produk pembakaran berkurang, yang mungkin dapat menyebabkan “efek rumah kaca” di Bumi. Tampaknya jumlah bahan bakar pembangkit listrik tenaga nuklir yang jumlahnya tidak seberapa (dibandingkan dengan batu bara dan minyak) seharusnya aman, namun kenyataannya tidak demikian; contoh yang mencolok adalah kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Chernobyl. Menurut pendapat saya, metode apa pun untuk mengekstraksi energi (dalam bentuk apa pun) dari perut bumi merupakan kombinasi dari ciri-ciri positif dan negatif, dan menurut saya ciri-ciri non-positif lebih mendominasi.

Saya tidak berbicara tentang semua arah penyelesaian masalah energi yang dilakukan oleh para ilmuwan di seluruh dunia, tetapi hanya tentang yang utama. Setiap negara mempunyai ciri khas tersendiri: kondisi sosial ekonomi dan geografis, ketersediaan sumber daya alam, tingkat perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

menunjukkan topik saat ini untuk mengetahui kemungkinan mendapatkan konsultasi.

Kementerian Pendidikan Republik Belarus

Kementerian Pendidikan Federasi Rusia

LEMBAGA TINGGI NEGARA

PENDIDIKAN PROFESIONAL

UNIVERSITAS BELARUSIA-RUSIA

Departemen Teknologi Logam

Energi proses kimia.

AFFINANSI KIMIA

Pedoman kerja mandiri siswa dan kelas praktek kimia

Mogilev 2003

UDC 54 Disusun oleh : dr. teknologi. sains, prof. Lovshenko F.G.,

Ph.D. teknologi. Sains, Profesor Madya Lovshenko G.F.

Energi proses kimia. Afinitas kimia. Instruksi metodologis untuk pekerjaan mandiri siswa dan melakukan kelas praktis di bidang kimia - Mogilev: Universitas Belarusia-Rusia, 2003. - 28 hal.

Pedoman tersebut memberikan prinsip dasar termodinamika. Contoh pemecahan masalah umum disajikan. Ketentuan tugas untuk pekerjaan mandiri diberikan.

Disetujui oleh Departemen Teknologi Logam Universitas Belarusia-Rusia (risalah rapat No. 1 tanggal 1 September 2003).

Seni Peninjau. Putaran. Patsey V.F.

Penanggung jawab pembebasan ini adalah Lovshenko G.F.

ENERGI PROSES KIMIA. AFFINANSI KIMIA

Ditandatangani untuk dicetak Format 60x84 1/16. kertas offset. Sablon

Bersyarat oven aku. Uch. dari. L. Peredaran 215 eksemplar. Nomor pesanan. _______

Penerbit dan percetakan:

Lembaga pendidikan tinggi profesi negara

"Universitas Belarusia-Rusia"

Lisensi LV No.

212005, Mogilev, Jalan Mira, 43

Republik

Energi proses kimia

Termodinamika kimia mempelajari transisi energi kimia ke bentuk lain - termal, listrik, dll., menetapkan hukum kuantitatif transisi ini, serta arah dan batas terjadinya reaksi kimia secara spontan dalam kondisi tertentu.

Objek kajian termodinamika adalah suatu sistem.

Sistem disebut kumpulan orang-orang yang saling menguntungkanaksi zat, secara mental(atausebenarnya) terpisah darilingkungan.

Fase - Inibagian dari suatu sistem yang homogen komposisi dan sifat-sifatnya di semua titikdan dipisahkan dari bagian lain dari sistem oleh sebuah antarmuka.

Membedakan homogen Dan heterogen sistem. Sistem homogen terdiri dari satu fase, sistem heterogen terdiri dari dua fase atau lebih.

Sistem yang sama bisa berada di negara bagian yang berbeda. Setiap keadaan sistem dicirikan oleh serangkaian nilai parameter termodinamika tertentu. Parameter termodinamika meliputi suhu, tekanan, rakitkecepatan, konsentrasi, dll.. Perubahan setidaknya satu parameter termodinamika menyebabkan perubahan keadaan sistem secara keseluruhan. Keadaan termodinamika sistem hidungvayutkeseimbangan , jika dicirikan oleh ter konstanparameter modinamik di semua titik sistem dan tanpa berubahterjadi secara spontan (tanpa biaya pekerjaan). Dalam termodinamika kimia, sifat-sifat suatu sistem dipertimbangkan dalam keadaan setimbangnya.

Bergantung pada kondisi transisi suatu sistem dari satu keadaan ke keadaan lain, termodinamika membedakan antara proses isotermal, isobarik, isokorik, dan adiabatik. Yang pertama terjadi pada suhu konstan ( T= const), yang kedua – pada tekanan konstan (P = const), lainnya - pada volume konstan (V= const), keempat – dalam kondisi tidak adanya pertukaran panas antara sistem dan lingkungan ( Q = 0).

Reaksi kimia sering terjadi pada kondisi isobarik-isotermal ( P= konstanta, T= konstanta). Kondisi seperti itu terpenuhi ketika interaksi antar zat dilakukan dalam bejana terbuka tanpa pemanasan atau pada suhu yang lebih tinggi namun konstan.

Energi dalam sistem.

Ketika suatu sistem bertransisi dari satu keadaan ke keadaan lain, beberapa sifat-sifatnya khususnya berubah energi dalam kamu.

Intern energi sistem mewakili denganmelawan energi penuhnya, yang terdiri dari kinetikdan energi potensial molekul, atom, inti atom, elektronRonov dan lainnya. Energi dalam meliputi energi gerak translasi, rotasi, dan vibrasi, serta energi potensial akibat gaya tarik menarik dan tolak menolak yang bekerja antara molekul, atom, dan partikel intra atom. Tidak termasuk energi potensial posisi sistem dalam ruang dan energi kinetik gerak sistem secara keseluruhan.

Energi dalam absolut suatu sistem tidak dapat ditentukan, namun perubahannya dapat diukur  kamu selama transisi dari satu keadaan ke keadaan lain. Besarnya  kamu dianggap positif (  kamu>0), jika dalam suatu proses energi dalam sistem meningkat.

Energi dalam bersifat termodinamikapengecuttion negara sistem. Ini berarti bahwa setiap kali sistem berada dalam keadaan tertentu, energi internalnya mengambil nilai tertentu yang melekat pada keadaan tersebut. Oleh karena itu, perubahan energi dalam tidak bergantung pada jalur dan cara peralihan sistem dari satu keadaan ke keadaan lain dan ditentukan oleh perbedaan nilai energi dalam sistem pada dua keadaan berikut:

kamu = kamu 2 -kamu 1 , (1)

Di mana kamu 1 Dan kamu 2 – energi dalam sistem pada keadaan akhir dan keadaan awal.

Dipatuhi dalam proses apa pun hukum kekekalan energi , dinyatakan dengan persamaan

q = U+A, (2)

yang artinya panas Q, disuplai ke sistem dihabiskan untuk meningkatkan energi internalnya  kamu dan agar sistem dapat melakukan pekerjaan A di atas lingkungan eksternal. Persamaan (2) – ekspresi matematika hukum pertama termodinamika .

Dari hukum pertama termodinamika maka terjadi peningkatan energi dalam sistem  kamu dalam proses apa pun sama dengan jumlah panas yang diberikan ke sistem Q dikurangi jumlah kerja sistem yang sempurna A; sejak jumlahnya Q Dan A dapat diukur secara langsung, menggunakan persamaan (2) Anda selalu dapat menghitung nilainya  kamu .

Dalam hukum pertama termodinamika, usaha A berarti jumlah semua jenis usaha melawan gaya-gaya yang bekerja pada sistem dari lingkungan luar.. Besaran ini dapat mencakup usaha melawan gaya medan listrik luar, dan usaha melawan gaya medan gravitasi, dan usaha pemuaian melawan gaya tekanan luar, dan jenis usaha lainnya.

Karena kenyataan bahwa usaha pemuaian merupakan ciri paling khas dari interaksi kimia, maka biasanya dipisahkan dari total:

A = A' + hal V, (hal =konstanta), (3)

Di mana A' - semua jenis pekerjaan, kecuali pekerjaan perluasan;

R - tekanan eksternal;

V– perubahan volume sistem sama dengan selisihnya V 2 – V 1 (V 2 – volume produk reaksi, a V 1 – volume bahan awal).

Jika, selama proses tertentu, usaha pemuaian merupakan satu-satunya jenis usaha, maka persamaan (3) berbentuk

SEBUAH = hal V, (4)

Maka ekspresi matematis hukum pertama termodinamika (2) akan ditulis sebagai berikut:

Q P =  kamu+R V, (5)

Di mana Q P– panas disuplai ke sistem pada tekanan konstan.

Mengingat bahwa  kamu = kamu 2 – kamu 1 Dan  V = V 2 – V 1 , persamaan (5) dapat diubah dengan mengelompokkan nilai-nilai kamu Dan V berdasarkan indeks yang terkait dengan keadaan akhir dan awal sistem:

Q P = (kamu 2 -kamu T ) + hal(V 2 -V T ) = (kamu 2 +pV 2 ) - (kamu 1 +pV 1 ). (6)

Jumlah (kamu + hal) disebutentalpi (kandungan panas) sistem dan tunjukkansuratH :

H=kamu + hal.(7)

Substitusikan entalpi H ke persamaan (6), kita peroleh

Q P = N 2 - N 1 =  N, (8)

yaitu panas yang disuplai ke sistem pada tekanan konstan,dihabiskan untuk meningkatkan entalpi sistem.

Seperti halnya energi dalam, nilai absolut entalpi sistem tidak dapat ditentukan secara eksperimental, tetapi dapat dilakukan dengan mengukur nilainya. Q P , cari perubahan entalpinya  N ketika suatu sistem bertransisi dari satu keadaan ke keadaan lainnya. Ukuran  N dianggap positif (  N>0) jika entalpi sistem meningkat. Karena nilainya  N ditentukan oleh perbedaan ( N 2 - N 1 ) dan tidak bergantung pada jalur dan metode pelaksanaan proses, yang dimaksud dengan entalpi, seperti energi dalam fungsi termodinamika keadaan sistem.

Efek termal dari reaksi kimia.

Jumlah aljabarmu dari panas yang diserap selama reaksi dan usaha yang dilakukan dikurangi usaha melawan gaya tekanan luar (R V) namavayutefek termal dari reaksi kimia .

Hukum termokimia. Kemandirian panas suatu reaksi kimia dari jalur proses di P= konstanta dan T= const didirikan pada paruh pertama abad ke-19. Ilmuwan Rusia G.I.Hess: efek termal suatu reaksi kimia tidak bergantung pada jalurnyamengalir, tetapi hanya bergantung pada sifat dan kondisi fisikbahan awal dan produk reaksi (hukum Hess ).

Cabang termodinamika kimia yang mempelajari termalakibat reaksi kimia disebutkimia panas . Termokimia menggunakan gagasan sederhana tentang efek termal dari suatu reaksi kimia, yang memenuhi kondisi independensinya dari jalur proses. Ini kehangatan Q T , disuplai ke sistem selama reaksi (atau dilepaskan sebagai hasil reaksi) pada suhu konstan.

Jika panas disuplai ke sistem ( Q T> 0), reaksinya disebut endotermik, jika panas dilepaskan ke lingkungan ( Q T < 0), реакцию называют экзотермической.

Termokimia, pertama-tama, mempelajari reaksi isobarik-isotermal, sebagai akibatnya hanya kerja ekspansi yang dilakukan  V. Efek termal dari reaksi tersebut Q P , T sama dengan perubahan entalpi sistem  H.

Persamaan reaksi kimia yang menunjukkan panasnyadampak tinggi disebutpersamaan termokimia . Karena keadaan sistem secara keseluruhan bergantung pada keadaan agregat zat, dalam persamaan termokimia keadaan zat (kristal, cair, terlarut, dan gas) ditunjukkan dengan menggunakan indeks huruf (k), (g), (p) atau (D). Modifikasi alotropik suatu zat juga diindikasikan jika terdapat beberapa modifikasi serupa. Jika keadaan agregasi suatu zat atau modifikasinya pada kondisi tertentu sudah jelas, indeks huruf dapat dihilangkan. Jadi, misalnya, pada tekanan atmosfer dan suhu kamar, hidrogen dan oksigen berbentuk gas (hal ini jelas), dan produk reaksi H 2 O yang terbentuk selama interaksinya dapat berbentuk cair dan gas (uap air). Oleh karena itu, persamaan reaksi termokimia harus menunjukkan keadaan agregasi H 2 O:

H 2 + ½O 2 = H 2 O (l) atau H 2 + ½O 2 = H 2 O (g).

Saat ini, efek termal suatu reaksi biasanya ditunjukkan dalam bentuk perubahan entalpi  H, sama dengan panas proses isobarik-isotermal Q P , T . Seringkali perubahan entalpi ditulis sebagai  H atau  H . Superskrip 0 berarti nilai standar efek termal reaksi, dan semakin rendah berarti suhu terjadinya interaksi. Di bawah ini adalah contoh persamaan termokimia untuk beberapa reaksi:

2C 6 H 6 (l) + 15O 2 = 12CO 2 + 6H 2 O (l),  H = -6535,4 kJ, (a)

2C (grafit) + H 2 = C 2 H 2,  H = 226,7 kJ, (b)

N 2 + 3H 2 = 2NH 3 (g),  H = -92,4 kJ. (V)

Pada reaksi (a) dan (c), entalpi sistem berkurang (  H <0). Эти реакции экзотермические. В реакции (б) энтальпия увеличивается ( H >0); reaksinya bersifat endotermik. Dalam ketiga contoh nilainya  H mengacu pada jumlah mol zat yang ditentukan oleh persamaan reaksi. Agar efek termal suatu reaksi dinyatakan dalam kilojoule per mol (kJ/mol) salah satu zat awal atau produk reaksi, koefisien fraksional diperbolehkan dalam persamaan termokimia:

C 6 H 6(g) + 7 O 2 = 6CO 2 + 3H 2 O (l),  H = -3267,7 kJ,

N2+ =NH 3 (g),  H = -46,2 kJ.

Entalpi pembentukan senyawa kimia.

Entalpi (panas) pembentukan senyawa kimia N T diteleponperubahan entalpi dalam proses memperoleh satu mol senyawa inizat sederhana yang stabil pada suhu tertentu.

Standar entalpi (kehangatan) obra panggilan senyawa kimia N , arr. perubahan panggilanentalpi dalam proses pembentukan satu mol senyawa ini,berada dalam keadaan standar (T = 298 K dan = 101,3 kPa), dari zat sederhana,fase dan modifikasinya juga dalam keadaan standar dan stabil secara termodinamika pada suhu tertentu(Tabel A.1).

Entalpi standar pembentukan zat sederhana adalahbekerja keras secara setaranol , jika keadaan agregasi dan modifikasinyakation stabil dalam kondisi standar. Misalnya, panas pembentukan standar brom cair (bukan gas) dan grafit (bukan intan) sama dengan nol.

Entalpi standarpembentukan suatu senyawa adalah ukurannyastabilitas termodinamika,kekuatan, ekspresi kuantitatifsifat energi senyawa tersebutopini.

Perhitungan termokimia. Sebagian besar perhitungan termokimia didasarkan pada akibat wajar dari hukum Hess : efek termalPengaruh reaksi kimia sama dengan jumlah kalor (entalpi) reaksipembentukan produk reaksi dikurangi jumlah kalor (entalpii) pembentukan zat awal, dengan mempertimbangkan koefisien stoikiometrinya dalam persamaan reaksi.

N jam =   N arr. (lanjutan distrik) -  N arr. (ref. masuk.) (9)

Persamaan (9) memungkinkan Anda untuk menentukan efek termal reaksi dari entalpi pembentukan zat yang berpartisipasi dalam reaksi, dan salah satu entalpi pembentukan jika efek termal reaksi dan semua entalpi pembentukan lainnya adalah diketahui.

Efek termal suatu reaksi kimia adalah efek energi dari suatu proses yang terjadi pada suhu konstan. Dengan menggunakan data referensi yang berhubungan dengan 298 K, efek termal dari reaksi yang terjadi pada suhu ini dapat dihitung. Namun, ketika melakukan perhitungan termokimia, yang biasanya memungkinkan adanya sedikit kesalahan, Anda dapat menggunakan nilai standar panas pembentukan meskipun kondisi proses berbeda dari kondisi standar.

Efek termal dari transformasi fase. Transformasi fasa sering kali menyertai reaksi kimia. Namun, efek termal dari transformasi fasa biasanya lebih kecil dibandingkan efek termal dari reaksi kimia. Di bawah ini adalah contoh persamaan termokimia untuk beberapa transformasi fasa:

H 2 O (l)  H 2 O (g),  H = 44,0 kJ/mol,

H 2 O (k)  H 2 O (l),  H = 6,0 kJ/mol,

Saya 2(k)  Saya 2(g) ,  H = 62,24 kJ/mol.

Berdasarkan data di atas, dapat diketahui bahwa transisi fase dari keadaan yang lebih terkondensasi ke keadaan yang lebih terkondensasi menyebabkan peningkatan entalpi sistem (panas diserap - prosesnya bersifat endotermik).

T
DAN
G

Peralihan suatu zat dari wujud amorf ke wujud kristal selalu disertai dengan pelepasan panas (  H <0) – процесс экзотермический:

Sb (amorf)  Sb (k) ,  H = -10,62 kJ/mol,

B 2 O 3 (amorf)  B 2 O 3 (k),  H = -25,08 kJ/mol.

Proses spontan dan non-spontan. Banyak proses yang dilakukan secara spontan, yaitu tanpa mengorbankan pekerjaan eksternal. Akibatnya dapat diperoleh usaha melawan gaya luar yang sebanding dengan perubahan energi sistem yang terjadi. Jadi, air secara spontan mengalir ke saluran miring atau panas dipindahkan dari benda yang lebih panas ke benda yang kurang panas. Selama proses spontan, sistem kehilangan kemampuannya untuk menghasilkan kerja yang berguna.

Suatu proses yang spontan tidak dapat berlangsung dalam arah yang berlawanan secara spontan seperti dalam arah maju.. Jadi, air tidak dapat mengalir sendiri ke saluran miring, dan panas tidak dapat berpindah dengan sendirinya dari benda dingin ke benda panas. Untuk memompa air ke atas atau memindahkan panas dari bagian dingin sistem ke bagian panas, perlu dilakukan kerja pada sistem. Untuk proses yang kebalikan dari proses spontan, istilah “ tidak spontan».

Ketika mempelajari interaksi kimia, sangat penting untuk menilai kemungkinan atau ketidakmungkinan terjadinya spontan dalam kondisi tertentu, untuk mengetahui jenis kimiakuantitas zat. Harus ada kriteria yang memungkinkan untuk menetapkan kelayakan mendasar, arah dan batas jalannya reaksi spontan pada suhu dan tekanan tertentu. Hukum pertama termodinamika tidak memberikan kriteria seperti itu. Efek termal suatu reaksi tidak menentukan arah proses: reaksi eksotermik dan endotermik dapat terjadi secara spontan.

Kriteria terjadinya suatu proses secara spontan dan terisolasisistem kamar mandi memberihukum kedua termodinamika . Sebelum melanjutkan pembahasan hukum ini, mari kita perkenalkan gambaran tentang fungsi termodinamika keadaan sistem, yang disebut entropi.

Entropi. Untuk mengkarakterisasi keadaan sejumlah zat tertentu, yang merupakan kumpulan sejumlah besar molekul, Anda dapat menunjukkan suhu, tekanan, dan parameter termodinamika lainnya dari keadaan sistem, atau menunjukkan koordinat sesaat masing-masing. molekul ( X Saya , kamu Saya , z Saya) dan kecepatan gerakan di ketiga arah (ay xi , ay ya , ay zi ). Dalam kasus pertama, keadaan makro sistem dikarakterisasi, dalam kasus kedua, keadaan mikro. Setiap keadaan makro dikaitkan dengan sejumlah besar keadaan mikro. Jumlah keadaan mikro yang dengannya keadaan makro tertentu diwujudkan disebut terprobabilitas moddinamik dari keadaan sistem dan menunjukkan W.

Probabilitas termodinamika keadaan suatu sistem yang hanya terdiri dari 10 molekul gas adalah kira-kira 1000, tetapi hanya 1 cm 3 gas yang mengandung 2,710 19 molekul (n.s.). Untuk beralih ke bilangan yang lebih mudah dipahami dan dihitung, dalam termodinamika mereka tidak menggunakan besaran W, dan logaritmanya di dalam W. Yang terakhir dapat diberi dimensi (J/K) dengan mengalikannya dengan konstanta Boltzmann k:

klnW = S. (10)

Ukuran S ditelepon entropi sistem.

Entropi merupakan fungsi termodinamika keadaan suatu sistem dan nilainya bergantung pada jumlah zat yang bersangkutan. Oleh karena itu, disarankan untuk menghubungkan nilai entropi dengan satu mol suatu zat (J/(molK)) dan menyatakannya sebagai

RlnW = S. (11)

Di mana R = buku A – konstanta gas molar;

N A– Konstanta Avogadro.

Dari persamaan (11) dapat disimpulkan bahwa entropi sistem meningkat sebanding dengan logaritma probabilitas termodinamika keadaan W. Hubungan ini mendasari termodinamika statistik modern.

Pada hal =konstanta entropi adalah fungsi suhu T, Selain itu, titik beku dan titik didih adalah titik di mana entropi berubah secara tajam dan tiba-tiba.

Jadi, entropi Sadalah ukuran ketidakteraturan sistem. “Pembawa” entropi adalah gas. Jika jumlah mol zat gas meningkat selama suatu reaksi, maka entropinya juga meningkat. Itu. Tanpa melakukan perhitungan, jika perlu, Anda dapat menentukan tanda perubahan entropi sistem:

C (k) + O 2 (g) = CO 2 (g), S  0;

2C (k) + O 2 (g) = 2СО (g), S > 0;

N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH 3(g) , S< 0.

Tabel A.1 menunjukkan nilainya S beberapa zat (perhatikan bahwa nilai absolut entropi zat diketahui, sedangkan nilai absolut fungsinya kamu Dan H tidak diketahui).

Karena entropi adalah fungsi dari keadaan sistem perubahan entropi ( S) dalam suatu reaksi kimia sama dengan jumlah entropi produk reaksi dikurangi jumlah entropi zat awalmemperhitungkan koefisien stoikiometrinya dalam persamaan reaksi.

S jam =  S arr. (lanjutan distrik) - S arr. (ref. masuk.) (12)

Arah dan batas proses secara terisolasisistem. Hukum kedua termodinamika. Sistem yang terisolasi tidak bertukar panas atau bekerja dengan lingkungan luar. Berdasarkan persamaan (9), dapat dikatakan bahwa kapan Q = 0 Dan A = 0 besarnya  kamu juga nol, yaitu energi dalam suatu sistem terisolasi adalah konstan (kamu= konstanta); volumenya juga konstan (V = konstanta). Dalam sistem yang terisolasiHanya proses-proses yang disertai denganpeningkatan entropi sistem: S>0 ; dalam hal ini, batas jalannya proses secara spontan adalah mencapai entropi maksimum S max untuk kondisi tertentu.

Ketentuan yang dipertimbangkan merupakan salah satu rumusan hukum kedua termodinamika (Hukum ini bersifat statistik, yaitu hanya berlaku untuk sistem yang terdiri dari sejumlah besar partikel). Persyaratan keteguhan energi dalam dan volume sistem tidak termasuk penggunaan entropi sebagai kriteria arah dan batas terjadinya reaksi kimia, di mana energi dalam suatu zat pasti berubah, dan kerja pemuaian juga dilakukan terhadap tekanan eksternal.

Faktor entropi dan entalpi reaksi kimia,terjadi pada kondisi isobarik-isotermal. Kekuatan pendorong dari suatu proses yang terjadi dalam kondisi isobarik-isotermal dapat berupa keinginan sistem untuk bertransisi ke keadaan dengan energi paling rendah, yaitu melepaskan panas ke lingkungan, menurunkan entalpi. ( H<0), atau keinginan sistem untuk bertransisi ke keadaan dengan probabilitas termodinamika tertinggi, yaitu meningkatkan entropi ( S>0). Jika prosesnya berlangsung sedemikian rupa  H=0 , maka pertumbuhan entropi menjadi satu-satunya kekuatan pendorongnya. Dan sebaliknya, disediakan  S = 0 satu-satunya kekuatan pendorong proses ini adalah hilangnya entalpi. Dalam hal ini, kita dapat berbicara tentang entalpi  H dan entropi T S faktor proses.

Pekerjaan maksimal. Ahli kimia fisika Belanda Van't Hoff mengajukan teori baru tentang afinitas kimia, yang, tanpa menjelaskan sifat afinitas kimia, hanya sebatas menunjukkan metode pengukurannya, yaitu memberikan penilaian kuantitatif afinitas kimia.

Van't Hoff menggunakan usaha maksimum sebagai ukuran afinitas kimia A atau A untuk reaksi yang terjadi pada V, T= konstanta atau hal, T = konstan sesuai.

Usaha maksimum sama dengan energi yang harus diterapkan pada sistem untuk menghentikan reaksi, yaitu mengatasi gaya afinitas kimia. Karena reaksi berlangsung ke arah melakukan usaha maksimum positif, maka tandanya A atau A menentukan arah aliran spontan interaksi kimia.

Usaha maksimum pada volume konstan adalah

A = -  U+T S(13)

A = -(kamu 2 -kamu 1 ) + T(S 2 - S 1 ) = -[(kamu 2 – TS 2 ) – (kamu 1 – TS 1 )] (14)

dimana U 1, S 1 dan U 2, S 2 masing-masing adalah nilai energi dalam dan entropi sistem pada keadaan awal dan akhir.

Perbedaan (kamu - TS) ditelepon Energi Helmholtz sistem dan ditunjuk dengan surat F. Dengan demikian,

A = -  F. (15)

Tujuan pekerjaan: Pembiasaan teknologi penyiapan air pembangkit listrik tenaga nuklir dengan metode pertukaran ion dan perbandingan kualitas air: untuk kebutuhan teknologi pembangkit listrik tenaga nuklir, air minum dan air danau. Pembiasaan teknologi penyiapan air pembangkit listrik tenaga nuklir dengan metode pertukaran ion dan perbandingan kualitas air: untuk kebutuhan teknologi pembangkit listrik tenaga nuklir, air minum dan air danau.

Tujuan Pekerjaan Tujuan Pekerjaan: mempelajari kebutuhan air yang digunakan untuk kebutuhan teknologi pada pembangkit listrik tenaga nuklir modern dengan menggunakan contoh PLTN Kalinin. mempelajari kebutuhan air yang digunakan untuk kebutuhan teknologi pada pembangkit listrik tenaga nuklir modern dengan menggunakan contoh PLTN Kalinin. mengenal teori metode pertukaran ion, mengenal teori metode pertukaran ion, mengunjungi stasiun pengambilan air Udomlya dan mengenal komposisi kimia air minum dan air danau. kunjungi stasiun pengambilan air Udomlya dan kenali komposisi kimia air minum dan air danau. membandingkan indikator analisis kimia air minum dan air rangkaian kedua pembangkit listrik tenaga nuklir. membandingkan indikator analisis kimia air minum dan air rangkaian kedua pembangkit listrik tenaga nuklir.

Tujuan Pekerjaan Tujuan Pekerjaan : mengunjungi bengkel kimia PLTN Kalinin dan berkenalan: mengunjungi bengkel kimia PLTN Kalinin dan mengenal: proses penyiapan air pada pengolahan air kimia; dengan proses pemurnian air di pabrik desalting blok; kunjungi laboratorium ekspres sirkuit kedua; kunjungi laboratorium ekspres sirkuit kedua; berkenalan secara teoritis dengan pekerjaan pengolahan air khusus. berkenalan secara teoritis dengan pekerjaan pengolahan air khusus. menarik kesimpulan tentang pentingnya pertukaran ion dalam persiapan air. menarik kesimpulan tentang pentingnya pertukaran ion dalam persiapan air.

Peralatan PLTN tunduk pada persyaratan ketat untuk keselamatan, keandalan, dan efisiensi pengoperasian. Peralatan PLTN tunduk pada persyaratan ketat untuk keselamatan, keandalan, dan efisiensi pengoperasian. Rezim kimia air pembangkit listrik tenaga nuklir harus diatur sedemikian rupa sehingga korosi dan dampak lain pada peralatan dan jaringan pipa sistem pembangkit listrik tenaga nuklir tidak menyebabkan pelanggaran terhadap batas dan kondisi pengoperasian yang aman. Rezim kimia air pembangkit listrik tenaga nuklir harus diatur sedemikian rupa sehingga korosi dan dampak lain pada peralatan dan jaringan pipa sistem pembangkit listrik tenaga nuklir tidak menyebabkan pelanggaran terhadap batas dan kondisi pengoperasian yang aman. Relevansi

Perbandingan karakteristik air minum dan air dari rangkaian ke-2 pembangkit listrik tenaga nuklir Indikator Satuan pengukuran Air minum MPC Air dari rangkaian ke-2 Nilai kontrol Femg/l0.0945.00.005

Diagram skema bagian desalting dari pengolahan air kimia (ionisasi) Untuk membuat BSN FSD 14 OH II BCHOV OH I 10 H I H II 78 Air yang telah dimurnikan (diklarifikasi)

100% kondensat dilewatkan melalui filter elektromagnetik, melalui filter aksi campuran dimungkinkan untuk melewatkan 100% air dan sebagiannya. Jadi, dengan satu filter aksi campuran yang berfungsi (membersihkan 20% kondensat), konduktivitas listrik spesifik menurun: χ = 0,23 µS/cm - sebelum pabrik desalting blok dan χ = 0,21 µS/cm - setelah pabrik desalting blok .

Unit daya dengan reaktor tipe VVER-1000 memiliki empat sirkuit tertutup untuk mengumpulkan dan memproses air limbah: kebocoran terorganisir dan sirkuit primer membersihkan air; konsentrat boron; air pembersih pembangkit uap; air pembuangan dan air cucian khusus. Instalasi tersebut antara lain: filter mekanis, filter kation H dan anion OH.

Kesimpulan Semua drainase dari peralatan pra-pengolahan dan pengolahan air kimia dikumpulkan dalam tangki air drainase bawah tanah. Setelah netralisasi, air disuplai ke blok filter di lokasi pemakaman yang dalam. Air yang mengendap dipompa ke dalam sumur sedalam sekitar 1,5 km. Dengan demikian, pembukaan lokasi pembuangan dalam menghilangkan kemungkinan pembuangan air limbah industri non-radioaktif ke lingkungan.

Kesimpulan Persiapan air menggunakan metode pertukaran ion memungkinkan Anda mencapai nilai yang diperlukan untuk pengoperasian peralatan yang aman, andal, dan ekonomis. Namun, ini adalah proses yang agak mahal: biaya 1 m 3 air minum adalah 6,19 rubel, dan biaya 1 m 3 air yang dihilangkan garamnya secara kimia adalah 20,4 rubel. (Data 2007) - Mengapa siklus sirkulasi air tertutup digunakan.

Saat ini sulit untuk melebih-lebihkan perkembangan berbagai cabang industri kimia, serta pencapaian ilmu kimia. Kimiaisasi perekonomian nasional merupakan bagian integral dari kemajuan teknologi dan berkaitan erat dengannya. Terdapat lebih dari 7.000 jurnal ilmiah di seluruh dunia yang menerbitkan materi ilmiah baru tentang kimia. Rata-rata, lebih dari 100.000 artikel diterbitkan per tahun. Peningkatan fasilitas produksi bahan kimia yang menghasilkan berbagai macam produk telah menyebabkan percepatan perkembangan industri kimia selama 30-40 tahun terakhir. Selama 70 tahun terakhir, industri baru telah diciptakan: khususnya karet sintetis, serat kimia dan plastik, pupuk mineral, produk perlindungan tanaman, vitamin, antibiotik, dll. Banyak polimer dan karet yang banyak digunakan dalam pembuatan berbagai suku cadang mesin. . Minyak, batu bara, gas alam, air, kayu, dll. merupakan sumber bahan baku terpenting bagi industri kimia.

Kimiaisasi perekonomian nasional merupakan salah satu bidang kemajuan teknis yang berkontribusi terhadap intensifikasi dan percepatan pembangunan industri dan pertanian. Tidak ada satu pun industri yang tidak menggunakan produk minyak dan gas bumi. Kapasitas produksi industri petrokimia dan kimia meningkat berkali-kali lipat. Selain itu, banyak proses teknologi baru bermunculan yang dirancang untuk produksi skala besar, dan pertumbuhan pesat polimer telah mendorong percepatan pengembangan petrokimia, yang, bersama dengan energi, metalurgi, dan teknik mesin, menjamin kemajuan teknis di banyak industri.

Ciri khusus industri kimia adalah produksi berbagai macam produk yang berbeda. Hanya dengan mengolah benzena seseorang dapat memperoleh heksakloran, klorobenzena, benzenasulfonil klorida, nitrobenzena, fenol, dll. Kimia modern dibedakan berdasarkan berbagai jalur sintesis. Ada 20 hingga 80 skema teoritis per skema teknologi. Pada saat yang sama, semua skema proses teknologi yang ada terus ditingkatkan. Pada saat yang sama, metode teknologi terus dikembangkan untuk melindungi lingkungan dari pencemaran emisi bahan kimia industri. Peran besar dalam hal ini dimainkan oleh penciptaan dan penerapan teknologi bebas limbah untuk memperoleh bahan mentah, produk setengah jadi, dan produk jadi. Menjaga kebersihan lingkungan merupakan masalah sosial besar yang berkaitan dengan menjaga kesehatan masyarakat. Pada saat yang sama, ini dikombinasikan dengan tugas ekonomi yang penting - daur ulang dan pengembalian produk berharga, bahan mentah, bahan baku, dan air ke dalam produksi. Penting untuk menciptakan proses, peralatan, skema teknologi yang dapat mencegah pencemaran lingkungan. Perubahan teknologi harus mengikuti jalur pengurangan jumlah emisi dan limbah, mengurangi biaya pemurnian gas dan air yang bersirkulasi dalam sistem produksi, dan menjadi perusahaan yang menggunakan bahan mentah secara terpadu dan beroperasi tanpa limbah. Untuk menciptakan produksi industri bebas limbah dalam skala nasional, diperlukan landasan ilmiah dan teknis untuk merencanakan dan merancang kompleks industri teritorial regional, di mana limbah dari beberapa perusahaan dapat dijadikan bahan baku bagi perusahaan lain. Pengenalan kompleks-kompleks seperti itu memerlukan restrukturisasi hubungan antara perusahaan dan sektor-sektor perekonomian nasional, dengan biaya yang besar. Berdasarkan perkembangan ilmu pengetahuan dan praktis yang ada, saat ini sudah dimungkinkan untuk menciptakan produksi regional dan sistem ekonomi dengan tingkat penutupan yang tinggi dalam penggunaan sumber daya material.

Proses kimia dapat dengan mudah diotomatisasi dan dioptimalkan. Oleh karena itu, dalam waktu dekat, sistem kontrol proses otomatis, komputer untuk melakukan eksperimen, otomatisasi, dan rasionalisasi pengambilan informasi akan menjadi hal yang lumrah.

Proses kimia memerlukan biaya lebih sedikit dibandingkan proses lainnya dan sangat produktif. Sintesis bahan kimia menggunakan medan magnet tegangan tinggi saat ini tidak dilakukan dalam kondisi produksi. Sintesis ini, seperti elektrosintesis, memerlukan studi lebih lanjut. Saat ini, pengujian sedang dilakukan pada beberapa reaksi reduksi, oksidasi hidrokarbon, produksi senyawa organologam dengan partisipasi logam elektroda, fluorinasi anodik, produksi propilen oksida dimetil sebacate untuk produksi; plastik dan serat buatan, inisiasi polimerisasi elektrokimia, dll.

Proses terakhir ini sangat menarik untuk kemungkinan perlindungan logam dari korosi, karena senyawa polimer dapat diaplikasikan pada permukaan logam.

Kimia memainkan peran yang sangat penting dalam penciptaan produk makanan sintetis. Beberapa di antaranya saat ini sudah dapat diperoleh di laboratorium. Mengungkap rahasia bentuk kimia pergerakan materi akan berkontribusi pada perkembangan industri kimia.

Aspek terpenting dari masalah interaksi antara energi dan lingkungan dalam kondisi baru adalah pengaruh sebaliknya yang semakin meningkat - peran yang menentukan kondisi lingkungan dalam memecahkan masalah energi praktis (memilih jenis instalasi energi, lokasi perusahaan, memilih unit kapasitas peralatan energi, dll).

Dengan demikian, pada tahap sekarang, masalah interaksi antara energi dan lingkungan sangat beragam, menjadi yang terdepan dalam pemikiran ilmiah dan teknis serta memerlukan perhatian khusus. Sejumlah besar studi heterogen untuk menentukan dampak individu fasilitas energi terhadap sungai, kemurnian udara di kota, vegetasi, dll. dilakukan oleh ahli hidrologi, klimatologi, ahli geografi, ahli geologi, ahli biologi, dll. Meskipun sejumlah besar penelitian pada isu-isu individu tidak dapat memberikan gambaran umum tentang keadaan masalah, akumulasi sejumlah materi berkontribusi pada persiapan tahap baru secara kualitatif dalam pendekatan pertimbangannya.

Industri energi modern terdiri dari asosiasi besar dengan konsentrasi produksi energi yang tinggi, sentralisasi distribusinya, peluang luas untuk pertukaran sumber daya energi, dan hubungan internal dan eksternal yang berkembang. Fitur-fitur ini memberi energi karakteristik sistem besar, yang studinya, pada tingkat pengetahuan saat ini, menggunakan analisis sistem secara produktif. Perkembangan energi berdampak pada berbagai komponen lingkungan alam: atmosfer (konsumsi oksigen, emisi gas, uap dan partikel padat), hidrosfer (konsumsi air, perpindahan air limbah, pembuatan waduk baru, pembuangan air yang tercemar dan panas). , limbah cair) dan litosfer (konsumsi bahan bakar fosil, perubahan keseimbangan air, perubahan bentang alam, emisi zat beracun padat, cair dan gas ke permukaan dan ke kedalaman). Saat ini, dampak ini menjadi global dan mempengaruhi seluruh komponen struktural planet kita. Keragaman struktur, sifat, dan fenomena yang ada sebagai satu kesatuan dengan hubungan internal dan eksternal yang berkembang memungkinkan kita untuk mengkarakterisasi lingkungan sebagai sistem besar yang kompleks. Dari sudut pandang manusia, tujuan utama sistem besar ini adalah untuk memastikan keseimbangan, atau fungsi yang mendekatinya.

Jelaslah bahwa tugas mengembangkan energi dan menjaga keseimbangan fungsi alami lingkungan alam mengandung kontradiksi obyektif. Interaksi energi dengan lingkungan terjadi di semua tahapan hierarki kompleks bahan bakar dan energi: produksi, pemrosesan, transportasi, transformasi, dan penggunaan energi. Interaksi ini disebabkan oleh metode ekstraksi, pengolahan dan transportasi sumber daya yang terkait dengan dampak terhadap struktur dan lanskap litosfer, konsumsi dan pencemaran perairan laut, sungai, danau, perubahan keseimbangan air tanah, dan pelepasan panas, zat padat, cair dan gas ke semua lingkungan, dan dan penggunaan energi listrik dan panas dari jaringan umum dan sumber otonom. Tahapan masalah interaksi antara energi dan lingkungan saat ini harus dianggap sebagai hasil dari perkembangan sejarah yang kompleks dari sistem-sistem besar yang saling berinteraksi. Pada saat yang sama, terdapat perbedaan mendasar dalam perkembangannya: perubahan mendasar dalam lingkungan alam terjadi dalam skala waktu geologis, dan perubahan skala pengembangan energi terjadi dalam periode waktu yang secara historis singkat.

Tampilan